新闻亮点机器人船试水米奇·莱斯利高级技术作家工程12（2022）6荷兰阿姆斯特丹市中心，一艘敞篷的金属灰色小船在一个小港口里颠簸着，船的大小和一辆小型汽车差不多。这艘船绕过一个伸入港口的码头转向侧面的方式，它放松越来越近，直到两个钩摆动出从它的侧面和闩锁到码头。转向和对接是标准的划船动作，但船只在没有人类驾驶员的情况下进行。它是自2021年年中以来在阿姆斯特丹进行测试的两个自动原型之一（图1），作为Roboat的一部分，Roboat是美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院（MIT）和阿姆斯特丹高级都市解决方案研究所的联合项目[1]。一旦试运行完成，该项目“目标就是要有一个可以全天候运行的东西，长期以来，船只一直依赖自动驾驶仪进行导航，但人工智能（AI）和其他技术正在使它们更接近完全自主。总部位于美国马萨诸塞州波士顿的Sea Machines等公司现在提供人工智能系统，该系统集成了来自摄像机，雷达和其他来源的信息，以帮助船舶更有效地驾驶并检测和避免物体。然而，这些系统帮助而不是取代船员。Roboat和其他类似的项目进一步推进了自主性，一些无人驾驶船只已经在海浪中穿梭机器人船舶图1.一、20 2 1 年 ， 一艘Roboat在阿姆斯特丹的一次测试中绕过障碍物。这艘1200公斤重的船由四个电动机驱动，最多可搭载5名乘客或1500公斤货物。图片来源：PietroLeoni/MIT（公共领域）。曾驶入飓风并环绕南极洲收集科学数据[5，6]。2021年，一艘自动驾驶客运渡轮在荷兰的另一个地区下水[7]。其他自动化船只的船队-包括驳船，货船和拖船-正在进行测试，并可能在未来几年内开始商业运营。但这些船只还没有完全准备好独奏。他们仍然需要至少一些人的监督，甚至可能是小船员。与人类操作的船只相比，自动船有几个优点。因为它们不需要船员的宿舍或设施，所以它们可以更小，可能会降低燃料成本[8]。机器人船也可能更安全，避免了许多由人类失误造成的海上事故。自治可以帮助解决一些国家日益恶化的船员短缺问题[11]。在COVID-19大流行期间，另一个优势出现了，当时许多载人船舶因病毒爆发而无法航行-这个问题不会影响机器人船舶[8]。一些专家预测，船将在汽车之前完全自主，因为至少在某些方面，它们为设计师提出了更简单的问题。首先，船的速度要慢得多。例如，Roboat 的最高时速为 12 km/h ，在阿姆斯特丹的运河上，Roboat的最高时速不得超过6 km/h [13]。因此，机器人船不必像自动驾驶汽车那样处理那么多数据或快速响应。自动驾驶船也将在通常不像自动驾驶汽车必须通过的拥挤的城市街道那样复杂和拥挤的环境中运行。自动驾驶船只可能更容易开发的另一个原因是，船只的交通法规在不同地方的差异小于汽车，美国纽约州布法罗市布法罗自动化公司的首席执行官Thiru Vikram说维克拉姆说：“没有人在左边和右边开车。”尽管如此，机器人船只将不得不掌握许多与自动驾驶汽车相同的任务[14]。与自动驾驶船一样，自动驾驶船需要识别附近的物体并决定适当的行动，这需要在复杂情况下进行微妙区分的能力。例如，如果一艘机器人船和一艘帆船相向而行，机器人船应该转向以避免碰撞除非帆船使用引擎，这时适用不同的规则。因此，机器人船必须能够将帆船与其他类型的船只区分开来，并确定其状态。为了确保自主https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.03.0062095-8099/©2022 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engM. 莱斯利工程12（2022）67Vikram说，如果船只做出正确的决定，它们的图像识别和导航行为算法必须使用从真实船只收集的大量数据以及模拟器的合成数据进行建模、训练和测试机器人船还必须应对独特的挑战，例如对接。这是最复杂的演习之一。这比停车难得多，”Fernánánti-Gutiérrez说。一辆自动驾驶汽车在试图机动进入停车位时，并不是在波浪上颠簸。工程师们精心设计了各种各样的设计，使机器人船能够应对这些挑战。在阿姆斯特丹进行测试的Roboats是4米乘2米的模块化船只，配备了四个螺旋桨-一个在前面，一个在后面，一个在两边。这种配置允许船只向后、向前和侧向行进，并旋转。发动机的动力来自安装在龙骨中的12 kW·h-1锂电池，在需要充电之前可以提供约10 h的电力[15]。船只使用GPS自动设定航向[2]。在试验期间，陆地上的技术人员通过笔记本电脑提供目的地，Fernánal-Gutiérrez解释说，但当船只运行时，乘客可能会通过手机应用程序指导他们。Fernánal-Gutiérrez说，该团队仍在决定哪种传感器组合最好。他说，该船配备了光探测和测距（LiDAR）和摄像头，但该团队还可能添加声纳用于定位和绘制水下物体。Roboats可以运送多达5人或1500公斤的货物，它们可以作为水上出租车或送货车辆。但Fernánántiérrez说，运送垃圾可能是他们的第一个用途。他补充说，这些船何时从测试阶段毕业并开始执行这项工作仍不确定。与Roboat类似的项目是由布法罗自动化公司建造的自动驾驶渡轮，该渡轮已开始运载自行车和乘客（图2）。太阳能驱动的灰船是一个大约3.7米乘2.6米的浮动平台，通过GPS、激光雷达、雷达和摄像机导航[16]。该公司于2021年初在美国田纳西州诺克斯维尔推出了该船，并于当年7月在阿姆斯特丹以南约40公里处推出了一条使用Greycraft的试验客运服务。渡轮运送乘客穿过一条小运河，进入一个娱乐区。Vikram表示，到2022年5月，该服务将在几个地点扩展到五艘船舶。乘客将通过手机应用程序召唤渡轮并支付费用。其他自主飞行器已经进入了地球上一些最艰苦的环境，因此科学家不必这样做。图二. 一艘Greycraft渡轮在2021年夏天的试验期间运送乘客穿过荷兰的一条运河。渡轮的最高时速可达每小时5公里。图片来源：Buffalo Automation（公共领域）。由Saildrone公司制造的Saildrones，在美国加利福尼亚州阿拉米达，看起来有点像冲浪者，他们的骑手已经掉了下来（图3）。 和帆板一样，这种由安装在冲浪板式身体上的垂直机翼组成的工艺主要由风推动[17]。三种Saildrone型号的长度从7米到22米不等，可以携带一系列仪器，包括用于绘制海底地图的多波束声纳和用于测量波高的惯性测量装置[17]。这些船完成了一些科学壮举。2019年，一艘Saildrone环绕南极洲收集碳循环数据，2021年，其中一艘船只驶入飓风山姆，录制视频并进行测量[6，18，19]。更大的自动驾驶船舶也在进行测试，可能很快就会交付货物，运输车辆，并引导其他船舶进港。2021年，Sea Machines2022年初，日本的研究人员成功试验了一艘自动驾驶汽车渡轮和两艘自动驾驶集装箱船，最早可能在2025年投入商业运营[9，21]。其中一艘集装箱船是第一艘自主停靠的船舶，使用无人机将系泊线运送到码头[9，21]。尽管他们展示了独立性，今天例如，Sea Machines拖船几乎在整个行程中都是自己控制的，但它的驾驶员必须在波士顿远程掌舵，只有大约3%的时间[20]。 Vikram说，一名远程船长还将从中央指挥中心监控荷兰的Greycraft渡轮，并能够在紧急情况下通过基于浏览器的网络应用程序进行控制专家预测，机器人船的能力将继续提高，自主性将扩展到更多种类的船只。然而，在包括油轮、大型货船和商业渔船在内的一些船舶上，除了导航之外，人类船员仍然扮演着独立的角色，例如发动机维护。这些船只可能不会完全自主维克拉姆说，或者在短期内取消船员。‘‘They will have a human图三. 像研究人员用来追踪大白鲨的这种无人机，可以在海上花费长达12个月的时间收集科学数据。这些船依靠风力推进尽管有些型号也有电动或柴油备用发动机科学仪器和计算机的电力来自太阳能电池板。Saildrones使用GPS来引导到研究人员选择的一组航路点图片来源：Saildrone，Inc.（公共领域）。M. 莱斯利工程12（2022）68引用[1] 奥拉尔·J Roboats是自动渡轮，废物收集器和桥梁都在一个[互联网]。旧金山：CNET;2021 年 11 月 23 日 [ 引 用 2022 年 2 月 15 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.cnet.com/news/autonomous-roboats-are-ferries-waste-collectors-and-bridges-all-in-one/。[2] 简·坎普斯麻省理工学院的CSAIL自动驾驶水上出租车在阿姆斯特丹运河推出[互联网]。旧金山：TechCrunch; 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